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研究人员为探究区域变暖如何影响海洋物种分布及群落组成，以早期侏罗纪海洋双壳类、腕足类和腹足类为对象开展研究。结果发现热偏差（Thermal bias）可预测物种的迁入、存续、灭绝等，该研究为理解气候变化下海洋生物响应提供依据。
在地球的漫长历史中，气候一直在不断变化，而生物与气候之间的关系始终是科学家们关注的焦点。如今，全球变暖的趋势日益显著，人类活动导致等温线全球移动，海洋物种被迫远离热带地区，这不仅对生态系统造成了巨大冲击，还严重影响了人类的福祉。虽然人们常常关注到 2100 年的气候变化情况，但实际上，变暖很可能持续到未来几个世纪，并且预计气候变化将取代土地利用变化，成为物种灭绝的主要驱动因素。
在这样的大背景下，物种的生存面临着巨大挑战。物种的分布范围变化或许暗示着其灭绝的风险，当海洋热浪来袭，处于分布范围边缘的种群可能会因生理压力而衰退，最终走向局部灭绝（extirpation）甚至全球灭绝（extinction） 。对于海洋变温动物而言，它们的分布往往与热耐受性密切相关，因此，物种与其热生态位边缘的距离，理论上可以指示其对变暖的反应。然而，仅仅依靠物种的分布范围变化来预测灭绝风险是不够的，我们还需要更深入地了解物种的热偏好与环境之间的关系。
为了探索这一复杂的关系，来自德国柏林自然博物馆 - 莱布尼茨进化与生物多样性科学研究所（Museum für Naturkunde Berlin – Leibniz Institute for Evolution and Biodiversity Science）、阿尔弗雷德?魏格纳研究所亥姆霍兹极地与海洋研究中心（Alfred Wegener Institute Helmholtz Centre for Polar and Marine Research）等机构的研究人员展开了一项重要研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解气候变化下海洋生物的命运提供了关键线索。
研究人员采用了多种关键技术方法来开展这项研究。首先，他们从古生物学数据库（Paleobiology Database）获取了海洋双壳类、腕足类和腹足类的化石记录数据。通过将这些数据按照地质年代进行分箱处理，确保时间分辨率的一致性。接着，利用 CLIMBER - X 地球系统模型，结合不同的 pCO2 情景，模拟出早期侏罗纪的海水温度变化。同时，运用统计分析方法，建立线性混合效应模型，以探究物种热偏差与物种占用响应之间的关系。
热偏差与物种对变暖响应的序列相关
研究人员观察了不同地质时期（以菊石带为时间单位）的古生态变化，重点关注了快速变暖阶段（如 Toarcian Ocean Anoxic Event，T - OAE 期间的变暖阶段 2 和过渡阶段）。在这些阶段，区域变暖幅度达到 4.5 ± 1.9 °C 。研究发现，变暖相关的物种占用响应形成了一个与热偏差相关的梯度。迁入物种的平均热偏差为 +0.5 °C，意味着它们的热最适温度大致追踪环境水温；而灭绝物种的平均热偏差为 -4.3 °C ，呈现出明显的负偏差。通过线性混合效应模型计算置信区间发现，大多数响应水平的热偏差接近线性预期，但灭绝物种的热偏差低于预期。此外，在变暖相关阶段，物种的热偏差对其占用响应的预测能力比区域变暖幅度更强，热偏差能够解释 18% 的响应变化，而区域变暖幅度解释的变化不足 1%。
物种对热偏差响应的变异来源
物种对热偏差的响应在分类群、时间和空间上存在差异。腕足类比双壳类更易受区域变暖幅度的影响，热偏差对腕足类占用响应的影响也更强，不过这种差异的显著性处于边缘状态。更大幅度的区域变暖会强化物种热偏差与其占用响应梯度之间的联系，表现为回归斜率更陡峭。但在气候稳定阶段，热偏差与占用响应之间没有显著关系。在英国盆地、伊比利亚北部等地区，由于底层海水缺氧，这种关系也很弱甚至不存在，尽管这些地区经历了大幅度的变暖。
群落水平的热偏差与响应
在群落水平上，研究人员发现随着环境温度变化，群落的平均热偏差会增加，每升温 1 °C ，热偏差增加 -0.41 °C 。在气候变暖及过渡阶段，负的群落热偏差会增加物种灭绝、局部灭绝、迁入和起源的比例，但由于样本量较小，只有与起源物种比例的相关性显著。区域变暖幅度与迁入物种在后续群落中的比例显著相关，每升温 1 °C ，迁入物种比例增加 8.5%。此外，在 +3 °C 的区域海水变暖情景下，模型预测区域底栖物种中约 4.74% 会局部灭绝，后续群落中约 25.5% 的物种为新迁入物种。
在讨论部分，研究人员指出，物种的热偏差确实为预测物种在气候变化下的灭绝风险提供了有价值的信息，它比单纯考虑区域变暖幅度能更好地预测物种的灭绝、存续或迁入情况。但热偏差并非预测物种对变暖响应的唯一因素，区域变暖幅度和物种的分类群属性也能解释部分变异。同时，研究中发现不同分类群对热偏差的响应存在差异，腕足类比双壳类对热偏差更敏感，这可能与它们不同的生态生理适应性有关。
此外，研究还发现，在某些时期和地区，海水缺氧对物种分布的影响可能超过温度。比如在 T - OAE 期间，德国和英国地区的海水缺氧导致热偏差与占用响应梯度之间的联系减弱，许多物种可能因缺氧而无法在适宜温度的区域生存，从而影响了它们的分布和灭绝风险。
这项研究具有重要意义。它通过分析古生物化石记录，验证了热偏差在预测海洋底栖物种和群落对气候变化响应方面的有效性，为现代气候变化研究提供了宝贵的历史参考。研究结果有助于我们更好地理解物种在气候变化下的生存机制，为保护海洋生物多样性提供科学依据。同时，也为未来运用栖息地适宜性模型（也称为物种分布模型，即生态位模型的时空投影）预测灭绝风险提供了参考，尽管在使用这些模型时需要谨慎考虑其他因素的影响。
